2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、本文以分子信標(biāo)自組裝為核心,生物傳感器的設(shè)計(jì)為主要研究對象,以提高生物傳感器的性能為目標(biāo),對分子信標(biāo)自組裝模型在組合優(yōu)化的NP問題中的應(yīng)用及其復(fù)雜度進(jìn)行了研究,并對其在生物傳感器探針設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探索研究,分析其對傳感器靈敏度和響應(yīng)時(shí)間方面的改善和提高。
  文中圍繞著飲用水源的監(jiān)測問題結(jié)合納米金和磁性粒子的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)出用于檢測水體中病原體和病毒的生物傳感器。DNA生物傳感器的檢測原理主要是利用DNA分子的自組裝技術(shù)。因此在論文中

2、首先介紹了DNA分子的自組裝技術(shù),并且給出了DNA自組裝在組合優(yōu)化中NP問題的計(jì)算模型,充分展示了DNA計(jì)算的巨大的并行性。本文主要內(nèi)容如下:
  首先,充分挖掘分子信標(biāo)這一獨(dú)特的“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)所表達(dá)的信息,利用分子信標(biāo)靈敏度高,特異結(jié)合性強(qiáng)、反應(yīng)迅速及可熒光標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)給出最大匹配問題的DNA計(jì)算模型。利用分子信標(biāo)莖干端的熒光標(biāo)記還可以直觀的觀測到生化反應(yīng)的完全性,當(dāng)有發(fā)夾打開時(shí),熒光背景增強(qiáng),當(dāng)所有發(fā)夾都打開時(shí),熒光背景最強(qiáng)且不再

3、變化,說明此時(shí)已經(jīng)反應(yīng)完全了,可以繼續(xù)下一步的操作。另外,此模型的復(fù)雜度與頂點(diǎn)的度有關(guān)。理論分析表明,作為有m個(gè)頂點(diǎn)和n條邊的無向圖,利用分子信標(biāo)計(jì)算它的最大匹配,根據(jù)模型分析其算法的復(fù)雜度,編碼及生物操作的復(fù)雜度僅隨頂點(diǎn)與邊的增加而增加,且復(fù)雜度為Θ(n2)。
  其次,分析了目前所采用的DNA tile,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且不易熒光標(biāo)記等不足,利用分子信標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了分子信標(biāo)tile,其結(jié)構(gòu)簡單,可熒光標(biāo)記,在讀解時(shí)可借助于熒光光譜

4、儀等幫助分析,在計(jì)算過程中減少了生化操作,而且其具有特異結(jié)合性強(qiáng)和反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn),一定程度上降低了計(jì)算的錯解率。利用分子信標(biāo)給出圖G的最大匹配的計(jì)算模型,計(jì)算前先將圖G的邊集映射為二進(jìn)制組合,假設(shè)一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)的第i位取值為1,則它代表對應(yīng)的第i條邊在集合M中,而不在集合E-M中。假設(shè)在一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)的第i位取值為0,則它代表相應(yīng)的第i條邊不在集合M中,而在集合E-M中,其中M為一邊集。這里利用自組裝算法從對應(yīng)的所有組合2n中找出圖

5、G的所有匹配,再找出最大匹配。相對分子信標(biāo)計(jì)算模型,此算法將復(fù)雜度從Θ(n2)降低到Θ(n)。利用自組裝模型解決組合優(yōu)化中的全錯位排列問題,采用將其所有排列給出,再利用生化反應(yīng)的并行性同時(shí)驗(yàn)證所有排列是否是全錯位排列,利用熒光光譜儀進(jìn)行解的讀取。之后又給出整數(shù)線性規(guī)劃問題的自組裝模型,構(gòu)建乘法、加法和比較子系統(tǒng)進(jìn)行求解,解的讀取結(jié)合者熒光標(biāo)記和其他分子生物技術(shù)操作。最后此自組裝模型也解決了3-可滿足性問題,用熒光標(biāo)記的方法,利用自組裝模

6、塊對每一個(gè)字句同時(shí)進(jìn)行判定,最后使每個(gè)字句都為真的即是問題的解,說明此式為可滿足的。對分子信標(biāo)自組裝模型的復(fù)雜度從計(jì)算和空間復(fù)雜度分別進(jìn)行分析,得到計(jì)算復(fù)雜度和空間復(fù)雜度為常數(shù)或者是問題規(guī)模n的線性函數(shù)。從此模型中可充分體現(xiàn)分子信標(biāo)瓦片的優(yōu)點(diǎn)。下一步的研究工作是研究此模型的通用性,并且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。
  最后,基于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,結(jié)合納米金和磁性粒子的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)出用于檢測病原體(如大腸桿菌)的DNA生物傳感器。利用鎖核酸(LN

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